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Modelle intelligenter Bauteile
Werkstoffprüfmethoden für faserverstärkte Bauteile
Glas oder Keramik sind spröde Werkstoffe, die schnell und leicht brechen. Durch den Einbau von Fasern können diese in quasi plastische Werkstoffe umgewandelt werden. Die Entwicklung dieser faserverstärkten Werkstoffe hat zum Ziel, die mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffes im Vergleich zum Grundwerkstoff zu verbessern. Am Institut für Keramische Werkstoffe forschen Wissenschaftler an "intelligenten Bauteilen". Kleine Proben aus Glas in die Siliziumkarbid-Fasern eingebracht wurden, werden hier Werkstoffprüfmethoden unterzogen. Die Fasern haben dabei zwei Funktionen. Zum einen dienen sie in herkömmlicher Weise zur mechanischen Verstärkung des Glases und zum anderen werden sie hier zusätzlich unter Ausnutzung ihrer elektrischen Leitfähigkeit als Sensoren für Materialschädigung oder Temperatur genutzt. So konnten beispielsweise während eines 3-Punkt-Biegeversuches am Institut Schäden oder Veränderungen im Bauteil durch elektrische Messungen direkt vor dem vollständigen Versagen des Bauteils erkannt werden. Ändert sich der elektrische Widerstand einzelner Faserbereiche während thermischer oder mechanischer Belastung, kann der Wissenschaftler das Fortschreiten einer Schädigung im Werkstoff feststellen. Im Fall einer mechanischen Belastung brechen die Fasern und tragen somit nicht mehr zur elektrischen Leitung bei, damit erhöht sich der Widerstand der Glasprobe. Die Fasern verlaufen gitterförmig im Glas. Zur Messung werden die Faserenden an allen Seiten kontaktiert. Tragen Faserbereiche nicht mehr zur Leitung bei, erkennt der Wissenschaftler, an welchem Faserkreuzpunkt der Stromfluß unterbrochen ist. Voraussetzung für dieses Verfahren sind langfaserverstärkte Werkstoffe mit elektrisch isolierender Matrix. Als Matrix können Vertreter der Werkstoffgruppen Keramik und Polymere dienen, die mit Fasern aus Kohlenstoff oder Siliziumkarbid verstärkt werden. Im Ergebnis der Messungen kann vorhergesagt werden, wann und wo ein Bauteilversagen eintritt.
Faserverstärkte Keramiken werden bisher in der Raumfahrt und Raketentechnik als Hitzeschilde eingesetzt. Ebenso finden sie aufgrund ihrer guten Warmfestigkeit Anwendung als Bremsscheiben in Flugzeugen und Hochgeschwindigkeitszügen sowie als Gleitteile wegen ihrer hohen Abriebfestigkeit bzw. ihres hohen Verschleißwiderstandes.
Ihre Werkstoffprüfmethode präsentieren die Freiberger Wissenschaftler vom 20. bis 25. April 1998 auf der Hannover-Messe.
Kontaktadresse: Sie finden uns auf der Messe: TU Bergakademie Freiberg, Halle 18, Institut für Keramische Werkstoffe, Stand J 16, Prof. Dr. Eberhard Müller; Dipl.-Ing. Beate Fankhänel, Tel.: 03731/392014, 392020, Fax: 03731/393662
Criteria of this press release:
Electrical engineering, Energy, Materials sciences
transregional, national
Research projects
German
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